VEIKSMO POTENCIALAS: SKLIDIMAS IR FAZĖS - GEOGRAFÍA - 2025

Veiksmų potencialas yra trumpalaikis elektros ar cheminės reiškinys, kuris vyksta mūsų smegenyse neuronų. Galima sakyti, kad tai yra žinia, kurią neuronas perduoda kitiems neuronams.

Veiksmo potencialas sukuriamas ląstelės kūne (branduolyje), dar vadinamame soma. Jis keliauja per visą aksoną (neurono pratęsimas, panašus į laidą), kol pasiekia savo galą, vadinamą terminalo mygtuku.

Veikimo potencialai tam tikroje aksonoje visada yra vienodos trukmės ir intensyvumo. Jei aksonas šakojasi į kitus procesus, veiksmo potencialas padalijamas, tačiau jo intensyvumas nesumažėja.

Kai veiksmo potencialas pasiekia galinius neurono mygtukus, jie išskiria chemikalus, vadinamus neurotransmiteriais. Šios medžiagos sužadina ar slopina neuroną, kuris jas priima, ir gali sugeneruoti veikimo potencialą tame neurone.

Didžioji dalis to, kas žinoma apie neuronų veikimo potencialą, gaunama iš eksperimentų su milžiniškais kalmarų aksonais. Dėl savo dydžio lengva mokytis, nes jis tęsiasi nuo galvos iki uodegos. Jie tarnauja tam, kad gyvūnas galėtų judėti.

Neurono membranos potencialas

A. Idealaus veiksmo potencialo schema. B. Realus veiksmo potencialo įrašas. Šaltinis: lt: „Memenen“ / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Neuronų elektrinis krūvis viduje yra kitoks nei išorėje. Šis skirtumas vadinamas membranos potencialu .

Kai neuronas yra ramybės būsenoje , tai reiškia, kad jo elektrinis krūvis nepakinta sužadinimo ar slopinamųjų sinapsinių galimybių.

Kita vertus, kai tam daro įtaką kiti potencialai, membranos potencialas gali būti sumažintas. Tai vadinama depoliarizacija .

Atvirkščiai, kai membranos potencialas padidėja, palyginti su normaliu, atsiranda reiškinys, vadinamas hiperpolarizacija .

Kai staiga įvyksta labai greitas membranos potencialo pasikeitimas, atsiranda veikimo potencialas . Tai susideda iš trumpo elektrinio impulso, kuris perteikiamas žinia, keliaujančia per neurono aksoną. Jis prasideda ląstelės kūne, pasiekiant galinius mygtukus.

Nervinis impulsas keliauja žemyn aksonu

Svarbu tai, kad norint atsirasti veikimo potencialui, elektriniai pokyčiai turi pasiekti slenkstį, vadinamą sužadinimo slenksčiu . Tai yra membranos potencialo vertė, kurią būtinai reikia pasiekti, kad veikimo potencialas atsirastų.

Cheminės sinapsės schema

Veikimo potencialai ir jonų lygio pokyčiai

Membraninis neurono pralaidumas veikimo metu. Poilsio būsena (1), natrio ir kalio jonai negali praeiti pro membraną, o neurono viduje yra neigiamas krūvis. Neurono depoliarizacija (2) suaktyvina natrio kanalą, leisdama natrio jonams praeiti pro neurono membraną. Repoliarizacija (3), kai natrio kanalai užsidaro, o kalio kanalai atsidaro, kalio jonai kerta membraną. Ugniai atspariu laikotarpiu (4) membranos potencialas grįžta į ramybės būseną, kai uždaromi kalio kanalai. Šaltinis: Neurono membraninis pralaidumas veikimo metu.pdf ir veikimo potencialas, CThompson02

Normaliomis sąlygomis neuronas yra pasirengęs priimti natrį (Na +) į vidų. Tačiau jo membrana nėra labai pralaidi šiam jonui.

Be to, gerai žinomuose „natrio-kalio pernešikliuose“ yra baltymas, rastas ląstelės membranoje, atsakingas už natrio jonų pašalinimą iš jo ir kalio jonų įvedimą į jį. Tiksliau, kas 3 natrio jonai, kuriuos jis ekstrahuoja, įveda du kalio jonus.

Šie pernešėjai mažina natrio kiekį ląstelėje. Jei padidėtų ląstelės pralaidumas ir į ją staiga patektų daugiau natrio, membranos potencialas radikaliai pasikeistų. Matyt, būtent tai ir sukelia veiksmo potencialą.

Tiksliau, membranos pralaidumas natriui padidėtų, nes jos patenka į neuroną. Tuo pat metu tai leistų kalio jonams išeiti iš ląstelės.

Kaip atsiranda šie pralaidumo pokyčiai?

Ląstelės į savo membraną įterpė daugybę baltymų, vadinamų jonų kanalais . Jie turi angas, pro kurias jonai gali patekti į ląsteles arba iš jų išeiti, nors jie ne visada yra atviri. Kanalai uždaromi arba atidaromi atsižvelgiant į tam tikrus įvykius.

Yra keli jonų kanalų tipai, ir kiekvienas iš jų dažniausiai specializuojasi išskirtinai tam tikrų tipų jonams.

Pavyzdžiui, atviras natrio kanalas gali perduoti daugiau nei 100 milijonų jonų per sekundę.

Kaip sukuriamas veiksmų potencialas?

Neuronai informaciją perduoda elektrochemiškai. Tai reiškia, kad chemikalai skleidžia elektrinius signalus.

Šios cheminės medžiagos turi elektros krūvį, todėl jos vadinamos jonais. Nervų sistemoje svarbiausi yra natris ir kalis, kurie turi teigiamą krūvį. Be kalcio (2 teigiami krūviai) ir chloro (vienas neigiamas krūvis).

Membranos potencialo pokyčiai

Pirmasis veiksmo potencialo atsiradimo žingsnis yra ląstelės membranos potencialo pasikeitimas. Šis pokytis turi viršyti sužadinimo slenkstį.

Tiksliau, yra membranos potencialo sumažėjimas, kuris vadinamas depoliarizacija.

Natrio kanalų atidarymas

Dėl to membranoje esantys natrio kanalai atsidaro, todėl natris gali masiškai patekti į neuroną. Juos lemia difuzijos jėgos ir elektrostatinis slėgis.

Natrio jonai yra teigiamai įkraunami, todėl jie greitai keičia membranos potencialą.

Kalio kanalo atidarymas

Aksonų membrana turi ir natrio, ir kalio kanalus. Tačiau pastarosios atidaromos vėliau, nes yra mažiau jautrios. Tai yra, norint atsiverti, jiems reikia aukštesnio lygio depoliarizacijos, todėl jie atidaromi vėliau.

Natrio kanalų uždarymas

Ateina laikas, kai veiksmo potencialas pasiekia maksimalią vertę. Nuo šio laikotarpio natrio kanalai užblokuojami ir uždaromi.

Jie nebegali vėl atsidaryti, kol membrana vėl nepasieks savo poilsio galimybių. Todėl daugiau natrio negali patekti į neuroną.

Kalio kanalo uždarymas

Tačiau kalio kanalai lieka atviri. Tai leidžia kalio jonams tekėti per ląstelę.

Dėl difuzijos ir elektrostatinio slėgio, kadangi aksono vidus yra teigiamai įkrautas, kalio jonai išstumiami iš ląstelės. Taigi membranos potencialas atgauna įprastą vertę. Pamažu kalio kanalai užsidaro.

Dėl katijonų išėjimo membranos potencialas atgauna normalią vertę. Kai tai atsitiks, kalio kanalai vėl pradės užsidaryti.

Kai tik membranos potencialas pasiekia normalią vertę, kalio kanalai visiškai užsidaro. Šiek tiek vėliau natrio kanalai vėl suaktyvinami, ruošiantis kitai depolarizacijai, kad jie būtų atidaryti.

Galiausiai natrio-kalio pernešėjai išskiria į jį patekusį natrį ir atgauna prieš tai buvusį kalį.

Kaip informacija plinta per aksoną?

Neurono dalys. Šaltinis: nepateiktas mašininio skaitymo autorius. Prielaida, kad NickGorton ~ commonswiki (pagrįsta autorių teisių paraiškomis)

Aksoną sudaro neurono dalis, kabelio pavidalo neurono pratęsimas. Jie gali būti per ilgi, kad fiziškai nutolę neuronai galėtų prisijungti ir perduoti informaciją vieni kitiems.

Veiksmo potencialas plinta palei aksoną ir pasiekia galinius mygtukus, kad galėtų siųsti pranešimus į kitą langelį. Jei išmatuotume veikimo potencialo intensyvumą skirtingose ​​aksonų srityse, pamatytume, kad jo intensyvumas visose srityse yra tas pats.

Visi įstatymai arba nieko

Taip atsitinka todėl, kad aksonų laidumas atitinka pagrindinį dėsnį: visų arba nieko dėsnį. T. y., Suteikiamas ar neveikimo potencialas. Kai jis prasideda, jis eina per visą aksoną iki galo, visada išlaikydamas tą patį dydį, jis nei didėja, nei mažėja. Be to, jei aksonas išsišakoja, veiksmo potencialas pasiskirsto, tačiau jis išlaiko savo dydį.

Veiksmo potencialai prasideda aksono, kuris pritvirtintas prie neurono somos, gale. Paprastai jie važiuoja tik viena kryptimi.

Veiksmų ir elgesio galimybės

Šiuo metu jums gali kilti klausimas: jei veiksmo potencialas yra procesas „viskas arba nieko“, kaip atsiranda tam tikras elgesys, pavyzdžiui, raumenų susitraukimas, kuris gali skirtis skirtinguose intensyvumo lygiuose? Tai atsitinka pagal dažnio dėsnį.

Dažnio dėsnis

Kas nutinka, kad vienas veiksmų potencialas tiesiogiai neteikia informacijos. Vietoj to, informacija nustatoma pagal aksono iškrovos dažnį arba šaudymo greitį. Tai yra dažnis, kuriuo pasireiškia veiksmo potencialai. Tai vadinama „dažnio dėsniu“.

Taigi didelis veikimo potencialo dažnis lemtų labai intensyvų raumenų susitraukimą.

Tas pats pasakytina ir apie suvokimą. Pvz., Labai ryškus regos dirgiklis, kurį reikia užfiksuoti, turi sukelti didelį „šaudymo greitį“ aksonuose, pritvirtintuose prie akių. Tokiu būdu veiksmų potencialo dažnis atspindi fizinio stimulo intensyvumą.

Todėl visko arba nieko dėsnį papildo dažnio dėsnis.

Kitos keitimosi informacija formos

Veiksmo potencialai nėra vienintelės elektrinių signalų, atsirandančių neuronuose, klasės. Pavyzdžiui, informacijos siuntimas per sinapsę suteikia nedidelį elektrinį impulsą neurono, kuris gauna duomenis, membranoje.

Sinapsės schema. Šaltinis: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com)

Kartais nedidelė depoliarizacija, per silpna veikimo potencialui sukurti, gali šiek tiek pakeisti membranos potencialą.

Tačiau šis pokytis palaipsniui mažėja, nes jis keliauja per aksoną. Tokio tipo informacijos perdavimo metu nei natrio, nei kalio kanalai nei atidaromi, nei uždaromi.

Taigi, aksonas veikia kaip povandeninis laidas. Kai signalas perduodamas per jį, jo amplitudė mažėja. Tai vadinama laidumu žemyn ir atsiranda dėl aksono savybių.

Veiksmų potencialai ir mielinas

Beveik visų žinduolių aksonai yra padengti mielinu. Tai yra, jie turi segmentus, apsuptus medžiagos, leidžiančios pravesti nervą, todėl ji greičiau. Mielinas susukamas aplink aksoną, neleisdamas tarpląsteliniam skysčiui jo pasiekti.

Mieliną centrinėje nervų sistemoje gamina ląstelės, vadinamos oligodendrocitais. Nors periferinėje nervų sistemoje jį gamina Schwann ląstelės.

Mielino segmentai, žinomi kaip mielino apvalkalai, yra padalinti vienas nuo kito plikomis aksonų sritimis. Šios sritys vadinamos Ranvier mazgeliais ir liečiasi su tarpląsteliniu skysčiu.

Neimielinizuotas aksonas (kurio mielinas neapima) veikimo potencialas yra perduodamas skirtingai nei myelinuotame.

Dėl vielos savybių veikimo potencialas gali pereiti per mielinu uždengtą aksonų membraną. Tokiu būdu aksonas veda elektrinį pokytį iš vietos, kur atsiranda potencialas, į kitą Ranvier mazgą.

Šis pokytis šiek tiek sumažėja, tačiau yra pakankamai stiprus, kad sukeltų veiksmų potencialą kitame mazge. Tada šis potencialas suaktyvinamas arba kartojamas kiekviename Ranvier mazgelyje, pernešant per visą myelinuotą vietą į kitą mazgą.

Toks veiksmo potencialų laidumas yra vadinamas saltatiniu laidumu. Jo vardas kilęs iš lotynų „saltare“, kuris reiškia „šokti“. Koncepcija yra todėl, kad impulsas atrodo peršokti iš mazgo į mazgą.

Sūrus laidumas pranašumų perdavimui

Šis vairavimo būdas turi savo privalumų. Visų pirma, norint taupyti energiją. Natrio-kalio pernešėjai praleidžia daug energijos, norėdami ištraukti natrio perteklių iš aksono, veikdami potencialą.

Šie natrio ir kalio pernešėjai yra aksonų vietose, kurių neapima mielinas. Tačiau mielinizuotame aksone natris gali patekti tik į Ranvier mazgus. Todėl natrio patenka daug mažiau, todėl reikia išpilti mažiau natrio, taigi natrio-kalio pernešėjai turi dirbti mažiau.

Kitas mielino pranašumas yra greitis. Mielinizuotame aksone veiksmo potencialas vykdomas greičiau, nes impulsas „šokinėja“ iš vieno mazgo į kitą, nereikalaudamas per visą aksoną.

Dėl tokio greičio padidėjimo gyvūnai galvoja ir reaguoja greičiau. Kitos gyvos būtybės, tokios kaip kalmarai, turi aksonus be mielino, kurie įgyja greitį dėl padidėjusio jų dydžio. Kalmarų aksonai turi didelį skersmenį (apie 500 µm), kuris leidžia jiems judėti greičiau (apie 35 metrus per sekundę).

Tačiau tuo pačiu greičiu veikimo potencialai juda kačių aksonuose, nors jų skersmuo yra tik 6 μm. Kas nutinka, kad šiuose aksonuose yra mielinas.

Mielizuotas aksonas gali atlikti veikimo potencialą maždaug 432 kilometrų per valandą greičiu, kai skersmuo yra 20 μm.

Nuorodos

1. Veiksmų potencialai. (sf). Gauta 2017 m. Kovo 5 d. Iš Hiperfizikos, Džordžijos valstijos universiteto: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Carlson, NR (2006). Elgesio fiziologija 8-asis leidimas, Madridas: Pearsonas.
3. Chudleris, E. (nd). Šviesos, fotoaparatas, veiksmo potencialas. Gauta 2017 m. Kovo 5 d. Iš Vašingtono universiteto: faculty.washington.edu.
4. Veiksmo potencialo etapai. (sf). Gauta 2017 m. Kovo 5 d. Iš „Boundless“: borderless.com.